电力论文：贵阳市鱼洞峡水库工程初步设计金属结构简介
贵阳市鱼洞峡水库工程初步设计金属结构简介
李云峰1陈建平2
(1贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳，550002；2中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉，430074)
摘要:贵州省贵阳市鱼洞峡水库工程是贵阳市供水规划的重点水源点之一，工程建设内容包括水源工程、引水工程、净水厂工程及配水工程。水源工程由混凝土双曲拱坝(主坝)、坝顶溢洪道、坝身放空兼冲沙底孔、坝身取水口、混凝土砌毛石重力坝(副坝)组成，主坝坝顶高程1077.5m，最大坝高72m。引水工程由引水钢管及引水隧洞组成，净水厂工程为10万t/d的水厂、配水工程由配水管线及高位水池组成。介绍本工程闸门、拦污栅及启闭机等金属结构设计和布置情况，并简述其特点。
关键词:水库；设计；金属结构
1工程概述
贵州省贵阳市鱼洞峡水库工程是贵阳市供水规划的重点水源点之一，位于贵阳市乌当区东风镇头堡村，地处长江流域乌江水系清水河的源头河流——南明河的二级支流鱼洞河上，距贵阳市乌当区东风镇3km，距乌当区政府所在地新添寨镇8km，距贵阳市城区18km。坝址以上集水面积118km2，多年平均流量2.06m3/s，多年平均径流量6460万m3。
工程任务是以城市生活及工业供水为主，兼顾保留原有小水库的灌溉、人饮功能。鱼洞峡水库校核洪水位1076.39m，水库总库容1860万m3，正常蓄水位1075m，相应库容1680万m3，调节库容1593万m3，向贵阳市乌当区的新天寨片区、东风镇城区(含洛湾工业区)以及沿线居民及企业供水3290万m3，向下游原有小水库的灌溉和人饮供水范围供灌溉用水138万m3、人饮用水5.6万m3。
工程建设内容包括水源工程、引水工程、净水厂工程及配水工程。水源工程由混凝土双曲拱坝(主坝)、坝顶溢洪道、坝身放空兼冲沙底孔、坝身取水口、混凝土砌毛石重力坝(副坝)组成，主坝坝顶高程1077.5m，最大坝高72m。引水工程由引水钢管及引水隧洞组成，净水厂工程为10万t/d的水厂、配水工程由配水管线及高位水池组成。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定，本工程工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物级别为5级别。
2初步设计金属结构设备布置
根据工程总体布置的各项需要，初步设计阶段推荐方案为拱坝(有电站)方案，水工金属结构设备主要设置在泄水系统、引水系统上。泄水系统由溢洪道、大坝冲沙放空底孔组成；引水系统由分层取水口，引水钢管放空闸阀、钢管出口多功能调节阀，电站尾水管出口尾水检修闸门，电站尾水池泄水槽分水闸门所组成。共有闸门11扇，门槽埋件11孔；拦污栅3套，拦污栅埋件3孔；放水闸阀1套，管道伸缩节1套，多功能调节阀1套；各类启闭设备10套；GD型液压抓斗移动式清污机1套。
水库上游校核洪水位1076.39m(P=0.2%)，设计洪水位1075.46m(P=2%)，正常蓄水位1075m，死水位1035.00m，淤沙高程1026.41m；下游校核尾水位1021.37m，下游设计尾水位1020.23m；坝顶高程1077.5m；水厂供水水位(即电站正常尾水位及电站尾水池正常蓄水位)1034m。
2.1泄水系统
泄水系统水工金属结构设备主要设置在溢洪道、大坝冲沙放空底孔进、出口处。
(1)溢洪道
3孔溢洪道共设置有3扇弧形工作闸门，每孔闸门的孔口尺寸为6m×6m（宽×高）。堰顶高程为1069m，工作闸门的底槛高程设置为1068.80m，考虑0.5m的风浪超高，则工作闸门的实际孔口尺寸为6m×6.7m(宽×高)，设计水头为6.2m。闸门型式为露顶式弧形钢闸门，门体及埋件主材均选用Q235B结构钢。闸门的运行方式为动水启闭，每扇闸门均采用1套型号规格为QHLY2×250kN-4m的露顶弧门液压式启闭机操作控制，共设置3套液压启闭机，共用2套液压泵站。该闸门平时处于关闭状态，仅在水库需要泄水时开启。本闸门设置有闸门开度监控系统，便于监控闸门的运行情况，有利于闸门的安全运行与操作。溢洪道工作闸门启闭机应具有可靠的不间断电源，确保大坝安全运行。因水库每年枯水期均有足够的时间库水位低于溢洪道堰顶高程，故本闸门上游不再设置检修闸门。
(2)冲沙放空底孔
冲沙放空底孔进口处设置有1扇平面事故闸门，出口处设置有1扇弧形工作闸门。
1)冲沙放空底孔进口事故闸门
在冲沙放空底孔进口处设置有事故闸门1扇。事故闸门底槛高程为1026m，闸门检修平台设置在坝顶高程上。闸门的孔口尺寸为1.5m×2m(宽×高)，设计水头为52m，闸门型式为潜孔式平面定轮钢闸门，门体及埋件主材均选用Q235B结构钢。闸门的运行方式为动闭静启，采用门顶充水阀进行充水平压。启闭机选用1套规格型号为QPG630kN-54m的高扬程卷扬式启闭机。该闸门平时处于开启状态，锁定于检修平台(坝顶高程)上，在下游的设施设备等需要维护检修或出现故障时动水闭门，在维护检修或事故处理完毕后，闸门先充水平压，然后静水启门。本闸门设置有水位监控及开度监控系统，便于监控闸门的充水平压及运行情况等，有利于闸门的安全运行与操作。
该底孔在每年汛期都必须进行冲沙运行，避免底孔或门槽内淤积泥沙，影响该底孔事故闸门的正常及安全运行。
为节约开挖量及混凝土的浇注方量，将冲沙放空底孔进口段与分层取水口布置在同一个取水塔内。
2)冲沙放空底孔出口弧形工作闸门
在冲沙放空底孔出口处设置有弧形工作闸门1扇，弧形工作闸门底槛高程为1026m。闸门的孔口尺寸为1.5m×1.5m(宽×高)，设计水头为52m，闸门型式为潜孔式弧形钢闸门，门体及埋件主材均选用Q235B结构钢。闸门的运行方式为动水启闭，启闭机选用1套型号规格为QHSY500kN/150kN-3.5m的潜孔弧门液压式启闭机。该闸门在水库需要冲沙、放空时开启，平时处于关闭状态。本闸门设置有闸门开度监控系统，便于监控闸门的运行情况，有利于闸门的安全运行与操作。本闸门启闭机应具有可靠的不间断电源，确保大坝安全运行。
2.2引水系统
引水系统水工金属结构设备主要设置在分层取水口进口、引水管道出口，电站尾水管出口及电站尾水池泄水槽处。
(1)分层取水口
为保证水库在死水位运行时仍能满足下游用水的要求，取水口底板高程以满足取水口最小淹没深度要求确定。取水口最大引水流量为2.7m3/s,取水口后闸门孔口尺寸1.2m×1.2m,闸孔流速1.88m/s,取水口最小淹没深度计算值为1.50m，则取水口底板计算高程为:1035--h=1035-1.5-1.2=1032.3m,取取水口底板高程1032m。另据已由国家环保部门审批的《贵阳市鱼洞峡水库工程环境影响报告书》,库水水温为稳定分层型,为满足水库下游水稻灌溉及河道生态环境用水对水温的要求,在高程1050m、1065m各增设了1层取水口,取水口分为3层。
1)分层取水口进口拦污栅
本工程取水口采用分层取水的布置方式,分为上、中、下3层取水，每层取水口进口处均设置1套拦污栅，共设置3套拦污栅。每层拦污栅的孔口尺寸均为2.7m×1.95m(宽×高)，设计水头均为3m。
上层拦污栅的底槛高程为1065m，中层拦污栅的底槛高程为1050m，下层拦污栅的底槛高程为1032m。
上、中、下3层拦污栅的型式均为潜孔平面直立活动式拦污栅，运行方式均为静水启闭,栅体及埋件主材均为Q235B结构钢。拦污栅的清污方式均为机械清污，3套拦污栅共用1套型号规格为GD20kN-47.5m的液压抓斗移动式清污机，清污容量为20kN，清污抓斗行程47.5m。考虑清污倒渣操作及拦污栅提栅维护检修等的方便，将拦污栅的清污倒渣及检修平台设置在坝顶高程上。
3套拦污栅共用1套双吊点(带同步装置)的移动式电动葫芦，电动葫芦的容量为2×50kN，扬程为5m。
拦污栅主要用于拦截较大的污物，避免较大的污物进入取水隧洞或引水管道造成破坏和事故，以保证引水系统(及发电机组等)的正常运行。拦污栅设置有水位差仪与拦污栅后的隔水闸门共用，以监测拦污栅拦截污物情况，避免拦污栅前后水位差超过设计值，确保拦污栅的安全运行。每层拦污栅各设置1套水位差仪与栅后的隔水闸门共用，共设置3套水位差仪。
2)分层取水口隔水闸门
上、中、下3层分层取水口拦污栅后各设置1扇隔水闸门，3层取水口共设置3扇隔水闸门，每扇隔水闸门的孔口尺寸均为1.2m×1.2m(宽×高)。上层隔水闸门的底槛高程为1065m，中层隔水闸门的底槛高程为1050m，下层隔水闸门的底槛高程为1032m。上层隔水闸门的设计水头为12m，中层隔水闸门的设计水头为27m，下层隔水闸门的设计水头为45m。3层隔水闸门的检修平台都设置在坝顶高程上。
上、中、下3层隔水闸门的型式均为潜孔式平面定轮钢闸门，门体及埋件主材均为Q235B结构钢，3扇隔水闸门均设置拉杆控制。
在水库取水时段，当水库库水位在1065m以上时，打开上层隔水闸门取水，此时中、下层隔水闸门为关闭状态；当水库库水位在1065m-1050m之间时，打开中层隔水闸门取水，此时下层隔水闸门为关闭状态；当水库库水位在1050m以下时，打开下层隔水闸门取水。当下游不需要取水时，可关闭所有的隔水闸门挡水。
为操作灵活方便，3孔隔水闸门的运行方式均为动水启闭。启闭机共用1套规格型号为QPT630kN-17m的台车卷扬式启闭机。每扇隔水闸门均设置有水位差仪与本层隔水闸门前的拦污栅共用，隔水闸门启闭机设置有开度监控系统1套，便于监控各扇隔水闸门开启时的水位、流量、开度及调度运行情况等，有利于水库的取水需要和隔水闸门的安全运行及操作。为节约开挖量及混凝土的浇注方量，分层取水口与冲沙放空底孔进口段布置在同一个取水塔内。
(2)引水管道出口
在引水管道出口处设置多功能调节阀1套，公称通径为φ1.2m，运行方式为动水启闭。当引水系统上的水电站不发电时通过该工作阀门对下游的水厂进行输水供水。当该工作阀门开启供水时，该阀门主要起到调节供水流量和减低出口水压力的作用，保证下游水厂的取水流量不会随着水库库水位的变化而变化，取水流量为相对恒定值。该工作阀门孔口中心线高程为1031.86m，底面高程为1031.26m，其上游水头为46m。该工作阀门出口处接电站尾水池，电站尾水池正常尾水位为1034m，故该工作闸阀的下游水头为2.74m，经过该阀门后减低的水头为44m。在引水系统上的水电站发电时段，该工作阀门为关闭状态，靠水电站的发电尾水对下游水厂进行供水。
在工作阀门上游的引水管道上设置1套φ0.2m的放水阀门，当该工作阀门需要维护检修时，关闭分层取水口各隔水闸门，通过设置在工作阀门上游的放水阀门将引水管道内的水放空，下游通过设置在电站尾水池泄水槽上的分水闸门将电站尾水池的水位降低，即可进行该工作阀门的维护检修的操作。在该工作阀门前设置1套管道伸缩节，其公称通径为φ1.2m，设计水头为46m。由于该工作阀门直径较大，为该阀门及引水管道等维护检修的方便，在该阀门上游管道上开φ0.6m进人孔。
(3)电站尾水管出口
为提高水能的利用率，本阶段推荐方案为在引水系统上设置1座水电站的有电站供水方案，电站装机容量为2×320kW。在该电站发电时段，通过该电站的发电尾水为水厂供水，在该电站不发电时段，通过引水管道出口多功能调节阀向水厂供水。
在电站厂房尾水管出口处设置尾水检修闸门，2孔尾水管出口共设置2扇尾水检修闸门，每扇尾水检修闸门的底槛高程为1029.56m，水厂供水水位(即电站正常尾水位及电站尾水池正常蓄水位)为1034m。每扇尾水检修闸门的孔口尺寸均为2.8m×1.6m(宽×高)，设计水头均为5m。尾水检修闸门的型式为潜孔式平面滑动钢闸门，闸门门体及埋件主材选用Q235B结构钢。尾水检修闸门的运行方式为静水启闭，闸门的平压方式为采用机组排水系统从闸门下游充水平压。每扇闸门均采用1套型号规格为QPQ2×80kN-15m的卷扬式启闭机操作控制，共设置2套启闭机。该闸门在发电机组需要维护检修或电站不发电厂房挡水时使用，平时处于开启状态。
(4)电站尾水池
在电站尾水管及引水管道出口多功能调节阀的下游处设置尾水池，通过该尾水池向水厂供水。在该尾水池上设置泄水槽，泄水槽处设置分水闸门1扇，分水闸门底槛高程为1031.9m，尾水池正常蓄水位为1034m，尾水池顶部高程为1034.5m。分水闸门的型式设置为露顶式平面定轮钢闸门，考虑露顶式闸门的门顶超高及操作运行维护的方便，分水闸门孔口尺寸设置为1.5m×2.6m(宽×高)，设计水头为2.1m。分水闸门门体及埋件主材选用Q235B结构钢。闸门运行方式为动水启闭，启闭机选用1套规格型号为LQ50kN/30kN-5m的螺杆式启闭机。该闸门平时处于关闭状态，在尾水池需要将池内水放出时开启分水至天然河道。
在尾水池内设置水位仪1套，以便观测尾水池内水位及分水闸门分水情况。
3结束语
贵州省贵阳市鱼洞峡水库工程初步设计已于2009年6月完成，并于2009年8月取得上级行业主管部门贵州省水利厅组织的有关领导和专家们的审查评审批准通过，目前即将进入招标及施工图设计阶段。
